Aplikácia technológie kvantovej mikrovlnnej fotoniky

Aplikácia kvantamikrovlnná fotonická technológia

Detekcia slabého signálu
Jednou z najsľubnejších aplikácií technológie kvantovej mikrovlnnej fotoniky je detekcia extrémne slabých mikrovlnných/RF signálov. Využitím detekcie jedného fotónu sú tieto systémy oveľa citlivejšie ako tradičné metódy. Napríklad výskumníci demonštrovali kvantový mikrovlnný fotonický systém, ktorý dokáže detekovať signály až -112,8 dBm bez akéhokoľvek elektronického zosilnenia. Vďaka tejto mimoriadne vysokej citlivosti je ideálny pre aplikácie, ako je komunikácia v hlbokom vesmíre.

Mikrovlnná fotonikaspracovanie signálu
Kvantová mikrovlnná fotonika tiež implementuje funkcie spracovania signálu s veľkou šírkou pásma, ako je fázový posun a filtrovanie. Použitím disperzného optického prvku a nastavením vlnovej dĺžky svetla výskumníci preukázali skutočnosť, že RF fáza posúva až 8 GHz šírky RF filtračného pásma až do 8 GHz. Dôležité je, že všetky tieto funkcie sú dosiahnuté pomocou 3 GHz elektroniky, čo ukazuje, že výkon prekračuje tradičné limity šírky pásma.

Nemiestne mapovanie frekvencie na čas
Jednou zaujímavou schopnosťou, ktorú prináša kvantové zapletenie, je mapovanie nelokálnej frekvencie v čase. Táto technika môže mapovať spektrum jednofotónového zdroja čerpaného kontinuálnou vlnou do časovej oblasti na vzdialenom mieste. Systém využíva zapletené fotónové páry, v ktorých jeden lúč prechádza cez spektrálny filter a druhý cez disperzný prvok. V dôsledku frekvenčnej závislosti zapletených fotónov je režim spektrálneho filtrovania mapovaný nelokálne do časovej oblasti.
Obrázok 1 ilustruje tento koncept:

Touto metódou je možné dosiahnuť flexibilné spektrálne meranie bez priamej manipulácie s meraným zdrojom svetla.

Komprimované snímanie
Kvantovémikrovlnná optickátechnológia tiež poskytuje novú metódu komprimovaného snímania širokopásmových signálov. Pomocou náhodnosti, ktorá je súčasťou kvantovej detekcie, výskumníci demonštrovali kvantový komprimovaný snímací systém schopný obnoviť10 GHz RFspektrá. Systém moduluje RF signál do stavu polarizácie koherentného fotónu. Jednofotónová detekcia potom poskytuje prirodzenú náhodnú meraciu maticu pre komprimované snímanie. Týmto spôsobom môže byť širokopásmový signál obnovený pri vzorkovacej frekvencii Yarnyquist.

Kvantová distribúcia kľúča
Okrem vylepšenia tradičných mikrovlnných fotonických aplikácií môže kvantová technológia zlepšiť aj kvantové komunikačné systémy, ako je kvantová distribúcia kľúčov (QKD). Výskumníci demonštrovali subnosnú multiplexnú kvantovú distribúciu kľúča (SCM-QKD) multiplexovaním subnosnej mikrovlnných fotónov na systém kvantovej distribúcie kľúčov (QKD). To umožňuje prenos viacerých nezávislých kvantových kľúčov cez jednu vlnovú dĺžku svetla, čím sa zvyšuje spektrálna účinnosť.
Obrázok 2 ukazuje koncepciu a experimentálne výsledky systému SCM-QKD s dvoma nosnými vlnami:

Hoci je technológia kvantovej mikrovlnnej fotoniky sľubná, stále existujú určité výzvy:
1. Obmedzená schopnosť v reálnom čase: Súčasný systém vyžaduje veľa akumulačného času na rekonštrukciu signálu.
2. Ťažkosti so zhlukom/jednotlivými signálmi: Štatistická povaha rekonštrukcie obmedzuje jej použiteľnosť na neopakujúce sa signály.
3. Prevod na skutočný mikrovlnný priebeh: Na prevod rekonštruovaného histogramu na použiteľný priebeh sú potrebné ďalšie kroky.
4. Charakteristika zariadenia: Je potrebné ďalšie štúdium správania sa kvantových a mikrovlnných fotonických zariadení v kombinovaných systémoch.
5. Integrácia: Väčšina systémov dnes používa objemné samostatné komponenty.

Na riešenie týchto výziev a napredovanie v tejto oblasti sa objavuje niekoľko sľubných smerov výskumu:
1. Vyvinúť nové metódy na spracovanie signálov v reálnom čase a detekciu jednej detekcie.
2. Preskúmajte nové aplikácie, ktoré využívajú vysokú citlivosť, ako napríklad meranie tekutých mikroguľôčok.
3. Pokračovať v realizácii integrovaných fotónov a elektrónov na zníženie veľkosti a zložitosti.
4. Študujte zvýšenú interakciu svetla a hmoty v integrovaných kvantových mikrovlnných fotonických obvodoch.
5. Skombinujte kvantovú mikrovlnnú fotónovú technológiu s inými vznikajúcimi kvantovými technológiami.